.webp)
Sebuah studi yang diterbitkan melalui jurnal Science mengungkap material terkuat di Bumi. Saking kuatnya, pada suhu rendah material ini justru menjadi lebih kuat, bukan rapuh.
Penelitian tersebut dilakukan oleh tim ilmuwan dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley dan Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL). Material yang dimaksud ialah campuran kromium, kobalt, dan nikel (CrCoNi).
"Ketika Anda merancang bahan struktural, Anda ingin mereka menjadi kuat tetapi juga elastis dan tahan terhadap fraktur," jelas Easo George, salah satu ilmuwan yang meneliti sekaligus Ketua bidang Teori dan Pengembangan Lanjutan Bahan Gabungan di ORNL dan University of Tennessee.
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
Memiliki Kekuatan yang Luar Biasa
Antara kuat, elastis dan tahan terhadap fraktur harus ada yang dikorbankan. Namun lain halnya dengan material yang mereka temukan dalam penelitian.
"Tapi bahan ini memiliki keduanya, dan bukannya menjadi rapuh pada suhu rendah, malah menjadi lebih keras," lanjut George, seperti dikutip dari Science Alert pada Selasa (13/12/2022).
George bersama insinyur mesin Robert Ritchie dari Berkeley National Laboratory telah mengerjakan kelas bahan yang dikenal sebagai paduan entropi tinggi, atau HEA.
Apa Itu HEA dan CrCoNi?
Merangkum situs Berkeley Lab, CrCoNi merupakan bagian dari kelas logam yang disebut HEA. Semua paduan yang digunakan kini mengandung proporsi tinggi dari satu elemen dengan jumlah elemen tambahan yang ditambahkan lebih sedikit, namun HEA dibuat dari campuran yang sama dari setiap elemen penyusunnya.
Campuran atom yang seimbang tersebut tampaknya memberi beberapa bahan ini kombinasi kekuatan dan elastisitas yang luar biasa tinggi saat ditekan, yang kemudian membentuk "ketangguhan" atau "toughness".
HEA ini merupakan bidang penelitian yang menarik, bahkan sejak pertama kali dikembangkan pada 20 tahun yang lalu. Sayangnya, teknologi yang diperlukan untuk mendorong bahan material hingga ke batasnya dalam pengujian ekstrem belum tersedia sampai saat ini.
"Ketangguhan material ini di dekat suhu helium cair (20 kelvin, -253 Celcius, -424 Fahrenheit) setinggi 500 megapascal akar kuadrat meter. Dalam unit yang sama, ketangguhan sepotong silikon adalah satu, badan pesawat aluminium di pesawat penumpang sekitar 35, dan ketangguhan beberapa baja terbaik sekitar 100," ungkap Ritchie.
Penelitian Dilakukan Hampir Satu Dekade
Menurut Ritchie, 500 merupakan angka yang cukup mencengangkan. Ia bersama George mulai bereksperimen dengan CrCoNi dan material paduan lain yang mengandung mangan dan besi (CrMnFeCoNi) hampir satu dekade.
Keduanya membuat sampel material paduan kemudian menurunkan bahan ke suhu nitrogen cair sekitar 77 kelvin atau -321 F. Hasilnya, mereka menemukan kekuatan dan ketangguhan yang mengesankan.
Proses tersebut melibatkan pemecahan material dan mengukur tegangan yang diperlukan untuk menyebabkan retakan tumbuh dan kemudian melihat struktur kristal sampel.
Atom dalam logam tersusun dalam pola berulang di ruang tiga dimensi. Pola ini dikenal sebagai kisi kristal, komponen berulang dalam kisi dikenal sebagai sel satuan.
Nah, terkadang batas dibuat antara sel satuan yang cacat dan tidak. Batas-batas tersebut merupakan dislokasi, sehingga saat gaya diterapkan pada logam, mereka akan bergerak dan memungkinkan logam berubah bentuk.
Semakin banyak dislokasi yang dimiliki oleh logam, semakin mudah juga ditempa. Ketidakteraturan pada logam dapat menghalangi dislokasi agar tidak bergerak, dan inilah yang membuat suatu bahan menjadi kuat.
Apabila dislokasi diblokir, bukannya berubah bentuk justru material akan retak. Ini berarti, kekuatan yang tinggi seringkali menjadi kerapuhan yang tinggi pula.
Dibutuhkan Fasilitas, Tenaga, dan Alat yang Memadai
Ritchie dan George ingin melanjutkan penelitian mereka dengan menguji pada kisaran suhu helium cair.
Namun, fasilitas yang memungkinkan pengujian stres sampel di lingkungan dingin serta merekrut anggota tim dengan alat analisis dan pengalaman sangatlah sulit.
Terlebih, untuk menganalisis apa yang terjadi pada materi di tingkat atom dibutuhkan waktu yang tidak sebentar lho detikers. Kisarannya bisa mencapai hingga 10 tahun ke depan.
(aeb/faz)
